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基于三剪统一强度理论的ANSYS二次开发及其应用

作　者: 张文完
导　师: 胡小荣
学　校: 南昌大学
专　业: 岩土工程
关键词: 三剪统一强度理论弹塑性本构模型有限元 ANSYS UPFS
分类号: TU311.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文通过公式转化用I1、J2、J3来表示三剪统一强度理论,给出了弹塑性本构矩阵的有限元实现方法,采取相关联的流动法则,进而推导出三剪统一强度理论的理想弹塑性本构模型。此模型由于可以采取不同的中间主应力系数b,代表不同的屈服准则,因此可以广泛应用到土木、岩土、机械等工程。利用ANSYS二次开发平台用户程序特性(UPFS),通过子程序USERMAT.F,编写出三剪统一强度理论的有限元子程序(SJMAT.F)。给出了ANSYS软件对子程序调用的具体步骤,最终实现ANSYS对子程序SJMAT.F的调用。通过比较静水压力条件下的圆形隧洞的理论解和ANSYS二次开发计算出的数值解,验证三剪统一强度理论的理想弹塑性本构关系推导和子程序编写的正确性。最后,将三剪统一强度理论应用到岩土工程边坡稳定问题中,计算出边坡的稳定系数。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究意义  9
  1.2 研究现状  9-12
    1.2.1 弹塑性本构模型研究现状  9-12
    1.2.2 本构模型在有限元软件ANSYS中的应用现状  12
  1.3 本文的主要工作内容  12-13
  1.4 本文的创新点  13-14
第2章三剪统一强度理论模型  14-23
  2.1 概述  14
  2.2 双剪单元体模型及统一强度理论的数学表达式  14-17
  2.3 三剪统一强度准则简介  17-20
  2.4 三剪统一强度屈服准则的表达式转换  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章三剪统一强度理论的弹塑性本构关系  23-30
  3.1 概论  23-25
  3.2 建立弹塑性本构关系的基本条件  25
  3.3 三剪统一强度准则的弹塑性刚度矩阵  25-29
    3.3.1 弹性刚度矩阵  26
    3.3.2 塑性刚度矩阵  26-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章弹塑性有限元的实现  30-39
  4.1 概述  30-32
    4.1.1 迭代法  30-31
    4.1.2 增量法  31-32
    4.1.3 混合法  32
  4.2 基于三剪统一强度理论的有限元的计算方法  32-38
    4.2.1 试探应力  33-34
    4.2.2 加卸载和比例因子  34-35
    4.2.3 应力增量与塑性应变  35-36
    4.2.4 应力修正  36-37
    4.2.5 弹塑性增量有限元计算步骤总结  37-38
  4.3 本章小结  38-39
第5章 ANSYS二次开发  39-60
  5.1 概述  39-41
    5.1.1 ANSYS发展过程  39-40
    5.1.2 ANSYS软件的功能模块  40-41
  5.2 ANSY二次开发技术  41-43
    5.2.1 参数设计语言(APDL)  41
    5.2.2 ANSYS用户界面设计语言(UIDL)  41-42
    5.2.3 ANSYS用户可编程特性(UPFS)  42
    5.2.4 ANSYS数据接口  42-43
  5.3 用户可编程特性(UPFS)  43-46
    5.3.1 用户可编程特性(UPFS)概述  43-44
    5.3.2 UPFS各部分功能的用途  44-45
    5.3.3 UPFS使用的典型步骤  45-46
  5.4 三剪统一强度理论的ANSYS二次开发  46-51
    5.4.1 子程序USERMAT.F中的参数  46-48
    5.4.2 材料属性的定义  48
    5.4.3 选取单元  48
    5.4.4 三剪统一强度理论的子程序编写  48-49
    5.4.5 三剪统一强度理论子程序的编译步骤  49-51
  5.5 实例验证  51-59
  5.6 本章小结  59-60
第6章应用算例  60-67
  6.1 算例  60-66
  6.2 本章小结  66-67
第7章结论与展望  67-68
  7.1 结论  67
  7.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
附录  71-98
攻读学位期间的研究成果  98

基于三剪统一强度理论的ANSYS二次开发及其应用

内容摘要

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